查尔斯·佛林永磁电机
第一章:磁能
查尔斯·佛林永磁电机
1995年10月3日的查尔斯•佛林（Charles Flynn）的美国专利（5,455,474）, 在附录里的全部内容，给出了这个引人关注的装置的细节。专利中阐述：“本发明涉及一种以磁体作为驱动力产生有用能源的方法，并对已知结构以简单的构造做了重要改进，能够使之自我启动，易调适，而它不太可能不需要调适。现在的结构也是比较容易控制的，比较稳定，而且就其所使用的驱动源而言，它的输出功率是惊人的。现在的结构利用永磁作为驱动能源，但显示了一种新颖的控制磁相互作用或磁成员之间耦合的手段，并且在一定程度上相对地坚固耐用，生产出可观的输出能量和扭矩，是一台可以用于生产大量能源的设备。”
该专利描述了多个电机。第一个从侧面看是这样的：
该专利描述了多个电机。第一个从侧面看是这样的：
分解图清楚地表明了不同的部分：
这种结构相对简单，可是运行强劲。动力由显示为蓝色和黄色阴影的三块磁铁提供。下面的磁体为圆盘形,磁极安排在一个大圆形的扁平平面上。这是不移动的定子磁体。其上为非磁材料做成的盘（灰色），有两块磁体嵌入其中。 此盘为转子且附属于中央立轴。
通常，转子不旋转，但两个圆盘之间有七个环形线圈用来修改磁场并产生强力旋转。给这些线圈上电非常简单，其安排是通过一个发光二极管（LED）发出的一束紫外线光束穿过附着在旋转轴上的光学正时盘中的一个缝隙。这些LED与光敏晶体管与七个线圈的中心对齐。缝的位置和宽度控制光敏管开合和上电的持续时间。这是一种非常整洁紧凑的布局。设计的真正有趣的地方是，线圈如何修改磁场而产生装置的功率输出。磁体的磁极方向可以被交换，只要三个磁铁就行了。
此处显示的是，当一个转子磁体已旋转到一个未尚通电的线圈上方时的状态。转子南极被定子磁体整个上部表面的北极所吸引，如上图三个箭头所示。如果把一个电压施加到线圈，那么这种磁耦合就被扰乱和改变。如果线圈加电的结果是生成了力矩，那么它将被生成到通电线圈的两边。如果线圈不加电，那么磁体间将有充分的吸力，而没有旋转力产生。你会注意到有两个转动式磁体（双数）和七个线圈（单数），因此当转子磁体之一在线圈上方时，那么另一个则不在。这种两个位置的交错是产生平滑的持续旋转力矩以及自启动（无需任何手工旋转）的要素。
上图显示的是转子圆盘两侧的一个片断，以说明线圈的操作。在左边，磁体56与线圈32和线圈34部分重叠。线圈32已被加电，而这打断了磁体56左手边的磁链路。但是，线圈32没有加电，所以磁体56和线圈下的圆盘磁体之间的吸力依然存在。即使这种吸引力呈现一个向下的角度，它对转子产生了一个推力，推动它向右，如图中红色箭头所示。
同时转子圆盘另一边的出现的状态如右图所示。这里，磁体54在线圈36上方，而该线圈没有加电，所以没有在任何一个方向形成驱动力——转子磁体上只有一个下吸力，向着它下面的定子磁体。毗连线圈38也没有加电，因而对旋转没有影响。这种运行方式非常接近于罗伯特•亚当斯（Robert Adams）的在下一章描述的电机设计。重要的是要明白这与约翰•贝迪尼（John Bedini）的脉冲发生器的运行机制完全不同，贝迪尼圆盘的旋转完全是由于电脉冲施加于线圈而生成的斥力推动了转子磁体。而这里，线圈起到了一个磁屏蔽的作用，只需最少的电流就能使它工作。线圈是一个有效的屏蔽，而且没有移动件，所以是一个很灵巧的机制，克服了转子磁体被锁定在定子磁体上并阻止其旋转的趋势。
任何时刻，七个线圈的六个在这个设计中是处于非活动状态，所以实际上，只有一个线圈通电。这不是个主要的耗用电流。重要的是要理解给这种电机提供动力的是永磁体彼此之间的吸力。在转子每转七分之一圈，既旋转的每51.1°，两块磁体的每一块都在旋转中用了一个水平拉力，首先来自一块转子磁体，然后来自另一块转子磁体。
由此，可以通过添加更多的磁体来增加电机的功率。这种探索额外能源的第一步是在转子的另一边添加第二个磁体盘和线圈，以使磁体上有了第二个吸力。这还有更多的优点是第一个圆盘磁体的向下吸力与向上的吸力平衡，使得水平推力得到增强和平衡，如图所示：
线圈开关和线圈增加层如下示：
这产生了更大的水平推力。虽然这种设计是为获得最佳性能，我建议用简单得多的结构形式，用标准圆形钕磁环来代替磁性大圆盘，而普通的圆形线圈置于圆形磁铁的顶部；而这将允许将建造大直径转子；直径越大，输出轴功率越大。
为了再进一步提高输出轴功率，可以添加更多组的磁体和线圈，如下所示：
别忘了以上所示的正时部分可以替换为NE555定时器电路，它能产生稳定的开/关脉冲流。当这些脉冲馈入线圈，电机旋转，强制自己与脉冲率同步。这对电机有一个即时的速度控制，也可避免要求对圆盘开缝精确定位，使LED闪光在恰当的距离直接落到光电晶体管上。如果采用这种方法，则上图显示的正时部分可以省略。
查尔斯指定的为线圈供电而阻隔永磁体磁场的电路，用N-沟道场效应晶体管，并且非常简单。下面是他的驱动其中一个线圈的电路：
只用了五个元件。电流穿过线圈由晶体管控制。在这里用的是场效应晶体管，通常称作“FET”。最常使用的FET类型，称作“N-沟道”FET，大致相当于一个如第12章中所述的NPN结晶体管。当“门”脚（图中标记为‘g’）上的电压为1.5伏或更低时，一个这种类型的FET会关闭。当“门”电压为4.5伏或更高时，它会导通。
在这个电路里，当电机正时圆盘在恰当位置时我们要FET导通，而在所有其它时间关闭。这是通过发光二极管或“LED”的闪光穿过随电机轴旋转的正时圆盘的孔来安排的。当孔正对着LED时，光透过孔到达光敏件上，线圈加电。查尔斯选择使用光敏晶体管，但也可以用光敏电阻如ORP12来替代。当光照射在电路图中的“Opto1”元件上时，其电阻急剧下降，升高FET的门电压并使之导通。当正时盘的孔移过了LED，光线被截断，而FET的门电压掉了下来，关闭FET。这样的配置使得电机线圈只在适当的时刻开或关，并使电机轴强有力地旋转。在电路中，电阻“R1”是确保通过LED的电流不会过大。当没有光线照射到“Opto1”时，电阻“R2”则有一个相对于“Opto1”阻值的低电压，而这就保持FET的栅电压降到一个低值，确保FET完全关闭。
正如您所看到的，这基本上是一个很简单的电路。然而，作为用于每个线圈的这些电路当中的一个电路（或者每个线圈对，如果在电机部分里有一个偶数的线圈组），专利里的电路看起来相当复杂。实际上它是相当简单的。电阻“R1”用来限制电流流过所有使用的LED，而不是仅仅一个LED。当然，只要你愿意，也可以每个LED用一个电阻。给两个线圈供电的电路（但没有显示正时盘）看来象这样：
虚线里面的部分是作为第二个线圈的同一的电路。这个增加的电路适用于每个线圈，在该点，电机准备运行。如果，正常情况下，数层磁体在使用中，那么在彼此上方的线圈位置可以连成一个链条，如下示：
象这样“串联”连接数个线圈（成一条链），减少了对电子元件数量的需要，并确保脉冲这些线圈的每一个是在完全相同的瞬间。作为选择，也可以把这些线圈接线相互交叉成“并联”，选择一般取决于线圈的电阻。上面的专利图示显示LED和光学元件之间有一个很大的空隙。可能并非如此，因为大多数人会选择尽可能缩小LED和光敏元件之间的距离，只要两边都不阻碍正时盘。
在这个专利里，查尔斯•弗林评论这种磁动机几乎可以用于所有用途：只要是需要电动机或者驱动引擎的地方，以及能源可供数量或需要去产生驱动力可以微小变化以至零的地方。查尔斯生产的这种类型的电机能够在极高速旋转——20,000转/分，且有很大的扭矩。同样也可以产生较低速度，并能使之自启动。由于运行这个装置只需很低的电力，查尔斯用一节成品9伏干电池就能使电机运转。
对这种电机设计似乎最合适的应用，是在第14章所示的弗雷内特加热器（Frenette heater）。使用这个电机去驱动加热器鼓内部的圆盘，看起来就象加热器只用一个9伏电池驱动。然而，虽然这只是表面，现实是此电机功率来自永磁，而非电池。电池的电流仅用于防止磁体的后拉力，而不是用来驱动电机。
虽然正时盘的使用是一项非常令人满意的配置，但还是可以用电子电路来代替机械正时，用光敏元件和LED。这里需要的是一个可以产生一系列电压脉冲的装置，能够用于驱动每个FET的栅压，从低于2.5伏到超过4.5伏。看来好像熟悉的555定时器芯片能胜任这个任务，而无疑会使9伏电池电量流失。然而，我们需要运行的线圈要多于一组。例如，如果我们说，四组线圈通过加电一个接一个地驱动四个不同的FET晶体管，那么我们可以用“除以8”芯片，如4022芯片。这种芯片可以用2到8的任何数除。所有这一切都需选择要除以的数，是芯片上的两个针脚之间的连接。
如上图所示，“1”、“2”、“3”和“4”针脚的输出电压依次走高。这样，这些输出脚 的每一个会被连接到FET的栅极，以使FET以同一次序导通。
用4022芯片，连接的除率如下：
对“除以7”操作，连接脚10到脚15；
对“除以6”操作，连接脚5到脚15；
对“除以5”操作，连接脚4到脚15；
对“除以4”操作，连接脚11到脚15；
对“除以3”操作，连接脚7到脚15；
对“除以2”操作，连接脚3到脚15；
当使用象这样的电路，555芯片的脉冲率设定为一个很低的值如半秒，这样电机轴就可启动。一旦运转，脉冲率可逐渐升高使电机加速。这种方法的优点之一是可以控制速度，而如果电机用于给弗雷内特加热器提供电能，那么速度控制也可以作为加热器的温度控制。
一个555芯片的电路可以是：
由于可以控制速度，而当所需速度达到后，脉冲宽可以随即调整到最小电流消耗来维持这个速度。是的，当然，许多其它适合的电路都可以取代这个电路，而第十二章将告知您其中的一些，以及解释电路的工作原理和如何创建。
如果确实很难找到合适的两极面对立的圆形磁铁，那么我认为它应该可以使用如下所示整个标准的矩形磁体和矩形线圈：
而虽然这样安排的磁效率不如圆形磁铁，但确实便于制造任何大小的转子。理想的情况是，不象上面所示的定子，磁铁数应该是奇数，或做不到这一点，线圈数是奇数。反之亦然，转子有奇数的磁铁，可以允许自启动。但是，应当注意的是，如果电机由电脉冲系统驱动，那么在定子上的磁铁数为偶数，那就简单得多了，并且用手启动电机。这是因为定子磁体是奇数，光敏管则不是完全地彼此相向，因此不会一起点燃。定子磁铁是偶数，以180°分置的线圈可用导线连接在一起，因为它们是在同一时间点燃的。用开缝的光学正时盘，这些缝隙彼此完全相对并与转子磁体宽度匹配，而线圈彼此相对（几乎）的开和关的供电时间并不完全一致，尽管它们的运转部分的供电弧线有可能是交叠的。这可以对圆盘另一侧上的线圈用单稳态延时电路来调适。
每个线圈的目的仅是、也就仅仅是抵消在其下的永磁体的磁场。线圈生成的磁场基于线圈里的电流、线圈匝数和线圈面积。电流则基于线径以及施加的电压。可能要在定子上装上一个磁体和线圈试验，直到您的电流驱动和线圈允许转子旋转顺畅。不管线圈结果如何，应该确定的是所有的磁铁，尽管可能它们强度略有不同。
分享
上一篇
斯蒂芬·昆德尔永磁电机
下一篇
斯特奥恩磁动机
上一篇：斯蒂芬·昆德尔永磁电机
下一篇：斯特奥恩磁动机
